Фамилия Тонкоголосюк редкая, и её значение лежит на поверхности — в основе лежит устойчивое словосочетание «тонкий голос». Так в народе могли прозвать человека с высоким, звонким или слабым голосом. Прозвище Тонкоголос или Тонкий Голос давали не только певчим или крикливым детям, но и тем, кто говорил тихо, пискляво или имел необычный тембр. В некоторых говорах «тонкий» означало не только высокий по частоте, но и пронзительный, резкий — характеристика, которая сразу бросалась в уши и легко закреплялась в качестве уличного имени.

Словообразовательная модель фамилии указывает на украинское или западнорусское происхождение. Суффикс -юк типичен для фамилий Западной Украины, Полесья и юга Беларуси. Он аналогичен русскому -ов/-ев, но передаёт принадлежность к роду: Тонкоголосюк — буквально «сын (или потомок) Тонкоголоса». Такие фамилии обычно возникали в среде крестьян и мещан, где прозвище отца переходило к детям без изменений. В отличие от великорусских фамилий на -ов, украинские на -юк почти не знали сословных барьеров — их носили и казаки, и селяне.

Географически фамилия тяготеет к Волыни, Подолью и прилегающим областям. Встречается она и сейчас в Житомирской, Ровенской, Хмельницкой областях Украины, а также среди потомков переселенцев в Сибири и на Дальнем Востоке. В дореволюционных метрических книгах Тонкоголосюки фиксируются как православные, реже — униаты, что подтверждает их происхождение из западнорусских земель.

Интересно, что фамилия образована от полного прилагательного с существительным, а не от однословного прозвища вроде «Тонкоголос». Это говорит о том, что прозвище было устойчивым, двусоставным, и закрепилось в речи именно в такой форме. В русских фамилиях подобные конструкции встречаются реже (например, Долгорукий), а в украинских — чаще, так как прозвища-описания там нередко становились основой для фамилий без переосмысления.

Если искать однокоренные параллели, то ближайшие — фамилии Тонкоголос, Тонкоголосов, Тонкоголосенко. Все они указывают на одно и то же прозвище, но различаются суффиксами, характерными для разных регионов. Тонкоголосюк — самый «западный» вариант, сохранивший архаичную модель именования по отцу.